三种典型液位测量装置的对比分析

李 信

（山西漳泽电力长治发电有限责任公司，山西长治046021）

0 引言

火电机组自动化程度越来越高，对液位测量仪表提出了更高的要求，如多功能、智能化、可靠、精度高、免维护等。现在火电厂中液位测量装置种类较多，这里选取了磁致伸缩液位计、雷达液位计和差压变送器三种具有代表性的液位计，对其性能原理与应用现状作一对比。

1 工作原理

1.1 磁致伸缩式液位计工作原理

如图1所示，磁致伸缩式液位计根据磁致伸缩原理设计，其在一个非磁性传感管内装有一根磁致伸缩线，在顶端装一个压磁传感器，每秒发出10个电流脉冲信号，并开始计时，电流脉冲同磁性浮子在磁致伸缩线上产生一个扭应力波，沿磁致伸缩线向两端传送。测量压磁传感器收到这个扭应力波信号的起始脉冲和返回扭应力波间的时间间隔，来判断浮子位置，即得被测液位，转变为成比例的4～20 mA信号输出。

图1 磁致伸缩式液位计工作原理

1.2 导波雷达液位计测量原理

如图2所示，导波雷达液位计由发生器产生一个沿导波杆向下传送的电磁脉冲波，遇到介电常数大的液体表面时被反射，计算脉冲波的传导时间，而得到液位位置。

图2 导波雷达液位计测量原理

1.3 差压变送器测量原理

如图3所示，差压变送器传感器是双侧压力作用在隔离膜片上，通过密封液传导至测量元件，经压-电转换器，处理为标准电信号输出。

图3 差压变送器测量原理

2 分析与比较

2.1 原理比较

（1）磁致伸缩液位计是根据磁浮子位置测得液位，测量影响因素为介质密度，介电常数、气相组分、工作温度、压力对测量没有影响。

（2）导波雷达液位计测量的影响因素为介电常数、气相组分，温度、压力对测量也有一定影响。

（3）差压变送器是根据压差变化测量液位，影响测量结果的因素很多：1）腔体真空或负压产生虚假读数；2）管路内气泡带来干扰；3）容器内水的密度改变导致测量误差。

2.2 特性比较

（1）磁致伸缩液位计特性：

1）可靠性强：由于磁致伸缩液位计采用波导原理，整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质无接触，无机械可动部分，故无摩擦、无磨损，传感器工作可靠，寿命长。

2）精度高：由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.01%FS，这是用其他传感器难以达到的精度。

3）安全性好：磁致伸缩液位计测量时无需开启罐盖，避免了人工测量所存在的不安全因素；防爆性能高，本安防爆，使用安全，特别适用于对化工原料和易燃液体的测量。

4）易于安装和维护：磁致伸缩液位计一般通过罐顶已有管口进行安装，特别适用于地下储罐和已投运储罐，在安装过程中不影响正常生产。

5）便于系统自动化工作：磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于计算机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。

（2）导波雷达液位计特性：1）对液体、颗粒及浆料连续物位测量不受介质变化、温度变化、稀有气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。2）液体量程小于15 m时，测量精度为±5 mm；量程大于15 m时，测量精度为5 mm±0.05%。3）量程60 m，耐250℃高温、40 kg高压，适用于爆炸危险区域。4）对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，测量不受影响。5）顶部和底部具有盲区。

（3）差压液位计特性：1）常规差压液位计在许多应用中，在液体之上有额外的蒸气压力。由于蒸气压力不是液位测量的一部分，需要使用引压管和有密封件的毛细管来抵消它的存在。2）电子远传技术采用数字结构取代机械部件，响应速度更快，测量精度也有所提高。3）天气寒冷时装置通常需要伴热或保温，要检查引压管漏水、冷凝、蒸发和堵塞。4）距离过长的毛细管会使压力传输变得误差过大，同时安装过程要求较高。

设备特性比较如表1所示。

表1 设备特性比较

2.3 工况干扰比较

实际应用中常见工况产生干扰和影响的情况如表2所示。

表2 实际应用中常见工况产生干扰和影响的情况

2.4 适用范围比较

三种测量方式的适用范围如表3所示。

3 结论

由对比分析可知：

（1）磁致伸缩液位计适用于电厂所有工况，精度极高，稳定性很好，安装与维护量很小，基本不需要维护。在电厂高加、低加、凝汽器、除氧器等容器设备以及其他辅机工位，如油站、化水等均适用。其凭借环境适应性强、安装方便、高精度、低成本、免维护的独特优点，在当今液位测量领域占较大优势。

（2）导波雷达液位计适合的工况较好，对温度和环境要求较高，对于安装空间有一定的要求。安装要求避开进料口，以免产生虚假反射。不能安装在拱形罐的中心处（否则传感器收到的虚假回波会增强），也不能距离罐壁很近，最佳安装位置在容器半径的1/2处。只有物料处于顶部盲区和底部盲区之间时，才能保证罐内物位的可靠测量，满足精度要求。调试较方便，运行和维护量不大。

（3）差压变送器适合的工况有限，而且传感器零漂移严重；测量偏差大，长期工作稳定性差，精度较低，受环境影响较大；安装及维护量较大，无论是正常运行还是例行维护，工作量都较大，现在基本作为一个备用选择。